SKRIPSI PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA Oleh : PUTU SIANDYANA NIM : 1119351014 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER UNIVERSITAS UDAYANA 2015
Kampus Denpasar KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER JURUSAN TEKNIK MESIN Telp/Faks: 0361-246163, Email; mesin@me.unud.ac.id LEMBAR PENGESAHAN PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana Oleh: Nama : Putu Siandyana NIM : 1119351014 Konsentrasi : Konversi Energi Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015 Pembimbing I Telah Disahkan Oleh: Pembimbing II (Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT) NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin FT Program Non Reguler Unud (Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) NIP. 19691231 199412 1 001
Kampus Denpasar KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NONREGULER JURUSAN TEKNIK MESIN Telp/Faks: 0361-246163, Email; mesin@me.unud.ac.id LEMBAR PERSETUJUAN PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Program Non Reguler Universitas Udayana Oleh: Nama : Putu Siandyana NIM : 1119351014 Konsentrasi : Konversi Energi Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari/Tanggal : Jumat, 14 Agustus 2015 Pembimbing I Pembimbing II (Prof.I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D) (I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT) NIP. 19691231 199412 1 001 NIP. 19680726 199603 1 001 Penguji I Penguji II (Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan,MT) (Ir. Hendra Wijaksana, MSc) NIP. 19620228 198702 1 001 NIP. 19641230 199103 1 003 Dosen Penguji III (Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana,MT.Ph.D) NIP. 19640917 198903 1 002
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain. kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Bukit Jimbaran, 24 Agustus 2015 Mahasiswa Putu Siandyana NIM. 1119351014
PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATUBARA Oleh Pembimbing : Putu Siandyana : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT ABSTRAK Teknologi co-gasifikasi merupakan salah satu teknologi alternative terbaik untuk mengkonversi dua atau lebih bahan bakar padat (biomassa dan batubara) menjadi gas yang mampu bakar secara proses termokimia. Tempurung kelapa adalah biomassa yang dapat digunakan sebagai sumber energi ramah lingkungan, sedangkan batubara adalah sumber energi fosil yang siap untuk menggantikan peran minyak bumi. Dalam penelitian ini dianalisis pengaruh variasi komposisi campuran bahan bakar batubara dan tempurung kelapa terhadap performansi sistem downdraft. Variasi komposisi campuran bahan bakar tempurung kelapa dan batubara yang diterapkan adalah 20%:80%, 30%:70% dan 40%:60%. Temperatur operasi dalam penelitian ini yang diharapkan adalah 600 0 C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase variasi komposisi 40%:60% (variasi III) menghasilkan performansi yang terbaik. Dimana hasil yang diperoleh pada variasi III yaitu FCR a yang paling rendah = 1,56 kg/jam, dan efisiensi gasifikasi yang paling tinggi = 33,3 %. Kata Kunci : Co-gasifikasi, Tempurung Kelapa, Sistem Downdraft.
THE PERFORMANTION OF DOWNDRAFT CO-GASIFICATION WITH FUEL COMPOSITION VARIATION OF COCONUT SHELL AND COAL Author Guidence : Putu Siandyana : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST.MASc.Ph.D I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT ABSTRACT Co-gasification technology is one of the best alternative technology for converting two or more solid fuels (biomass and coal) into a gas capable of combustion in a thermochemical process. Coconut shell is biomass that can be used as an environmentally friendly energy source, while coal is a fossil energy source that is ready to replace petroleum. In this study analyzed the effect of variations in the composition of the fuel mix of coal and coconut shells to system performance downdraft. Variation of fuel mixture composition of coconut shell and coal are applied is 20%: 80%, 30%: 70% and 40%: 60%. Operating temperatures are expected in this study was 600 0 C. The results showed that the percentage of variation of the composition of 40%: 60% (variations III) to produce the best performance. There the results in variation III, lowest FCR a = 1,56 kg / hr, the highest efficiency of the gasification = 33,3 %. Keywords: co-gasification, Coconut Shell, Downdraft System
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul PERFORMANSI CO-GASIFIKASI DOWNDRAFT DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR TEMPURUNG KELAPA DAN BATU BARA Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof.I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana sekaligus selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 2. Bapak I Gusti Ngurah Putu Tenaya,ST,MT, selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Bapak Si Putu Gede Gunawan Tista,ST,MT, selaku Koordinator Tim Penilai Usulan Skripsi. 5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 6. Rekan-rekan Jurusan Teknik Mesin, keluarga dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Agustus 2015 Penulis
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN.. ii HALAMAN PERNYATAAN iii ABSTRAKSI.. iv ABSTRACT v KATA PENGANTAR vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR.. x DAFTAR TABEL.. xi DAFTAR LAMPIRAN.. xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang. 1 1.2 Rumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah.. 3 1.4 Tujuan Penelitian. 3 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Biomassa.. 5 2.1.1 Pengertian Biomassa.. 5 2.1.2 Biomassa Tempurung Kelapa 6 2.1.3 Produk Biomassa.. 7 2.2 Konversi Thermokimia dan Pengertian Gasifikasi Biomassa. 8 2.2.1 Konversi Thermokimia.. 8 2.2.2 Gasifikasi Biomassa... 8 2.2.3 Jenis-Jenis Gasifier 11 2.2.4 Tingkatan Daerah Pembakaran Gasifikasi 13
2.2.5 Faktor yang mempengaruhi Proses Gasifikasi... 15 2.3 Parameter Penting Dalam Proses Gasifikasi.. 17 2.4 Pembakaran Bahan Bakar... 20 2.4.1 Prinsip Pembakaran Bahan Bakar. 20 2.4.2 Nilai Pembakaran.. 21 2.4.3 Jumlah Udara Pembakaran 22 2.5 Efisiensi Proses Gasifikasi.. 23 2.6 Massa Jenis Biomassa. 24 2.7 Saringan (Filter).. 24 2.7.1 Saringan Udara... 24 2.7.2 Saringan Basah... 25 2.7.3 Saringan Sistem Gravitasi.. 25 2.7.4 Cyclone Separator. 26 2.7.5 Prinsip Kerja Cyclone 27 2.8 Aliran Udara 28 2.8.1 Kecepatan Udara 29 2.8.2 Manometer. 29 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Lokasi Pengujian.. 31 3.1.1 Lokasi Pengujian 31 3.1.2 Lokasi Pembuatan Alat.. 31 3.2 Variabel Pengujian... 31 3.3 Rancangan Pengujian... 32 3.4 Rangkaian Alat dan Bahan Pengujian.. 35 3.5 Karakteristik Bahan Bakar... 36 3.6 Pengujian Analisis Proksimat dan Ultimat.. 3.6.1 Pengujian Analisis Proksimat. 3.6.2 Pengujian Analisis Ultimat 37 37 38 3.7 Pengujian Analisa Nilai Kalor dengan Menggunakan Bom Kalorimeter... 40 3.8 Prosedur Pengujian. 42
3.8.1 Tahap Persiapan.. 42 3.8.2 Tahap Pengujian.. 42 3.8 Diagram Alir Pengujian.. 44 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengujian.. 4.1.1 Data Analisis Ultimat dan Proksimat 4.1.2 Data Pengujian Nilai Kalori. 4.1.3 Data Pengujian Variasi 4.1.4 Data Hasil Pengujian Gas Gasifikasi.. 4.2 Pengolahan Data Hasil Pengujian 4.2.1 Kebutuhan Udara Gasifikasi 4.2.2 Menghitung Nilai Kalori. 4.2.3 Menghitung FCR a (Fuel Consumption Rate) 4.2.4 Menghitung AFR a (Air Fuel Rate). 4.2.5 Menghitung Kandungan Gas. 4.2.6 Efisiensi Bahan Bakar yang Tergasifikasi (η).. 4.3 Analisa Data Pengujian 4.3.1 Distribusi Temperatur Reaktor 4.3.2 Analisa Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala dan Waktu Lama Penyalaan. 4.3.3 Analisa Perbandingan FCR a 4.3.4 Analisa Terhadap Gas Hasil Gasifikasi. 4.3.5 Analisa Perbandingan Terhadap Efisiensi 45 45 45 45 46 47 48 48 52 53 54 55 57 61 61 65 66 66 68 BAB V PENUTUP... 5.1 Kesimpulan.. 5.2 Saran 69 69 69 DAFTAR PUSTAKA 70 LAMPIRAN 72
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tempurung Kelapa 6 Gambar 2.2 Grafik Batasan Konversi Thermokimia Biomassa.. 8 Gambar 2.3 Skema Gasifier Updraft, Downdraft dan Crossdraft.. 9 Gambar 2.4 Updraft Gasifier.. 11 Gambar 2.5 Crossdraft Gasifier.. 12 Gambar 2.6 Downdraft Gasifier. 12 Gambar 2.7 Saringan Basah 25 Gambar 2.8 Saringan Sistem Gravitasi... 26 Gambar 2.9 Cyclone Separator.. 27 Gambar 2.10 Pengukuran Kecepatan Aliran Udara Dengan Pitot Tube.. 28 Gambar 2.11 Manometer.. 30 Gambar 3.1 Skematik Downdraft Gasifier. 33 Gambar 3.2 Foto Alat Uji 34 Gambar 3.3 Dimensi Reaktor.. 34 Gambar 3.4 Batubara.. 35 Gambar 3.5 Tempurung Kelapa.. 35 Gambar 3.6 (a) CHN628 (b) 628 S (c) 628 O (d) TGA 701 (e) Timbangan... 40 Gambar 3.7 (a) Pencetak Briket (b) Bomb Kalorimeter.. 42 Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi I.. 62 Gambar 4.2 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi II.... 62 Gambar 4.3 Grafik Distribusi Temperatur Untuk Variasi III... 63 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Rata-Rata Reaktor. 64 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Waktu Operasi, Waktu Mulai Menyala dan Waktu Penyalaan. 65 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Terhadap FCR a 66 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Persentase Kandungan Gas.. 67 Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Terhadap Efisiensi Bahan Bakar (η) 68
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Komposisi Tempurung Kelapa 7 Tabel 2.2 Kelebihan Dan Kekurangan Jenis Gasifier. 10 Tabel 4.1 Data Analisa Proksimat. 45 Tabel 4.2 Data Analisis Ultimat 45 Tabel 4.3 Data Bom Kalori Asam Benzoat 46 Tabel 4.4 Data Bom Kalori Tempurung Kelapa dan Batubara.. 46 Tabel 4.5 Data Pengujian 46 Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Gas... 47 Tabel 4.7 Data Nilai Abundence Udara Standar.. 48 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kebutuhan Udara.. 51 Tabel 4.9 Nilai Standarisasi 52 Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Nilai Kalor 53 Tabel 4.11 Hasil FCR a (Fuel Consumption Rate) 54 Tabel 4.12 Hasil AFR a (Air Fuel Rate) 55 Tabel 4.13 Hasil Persentase Kandungan Gas.. 56 Tabel 4.14 Hasil Persentase Kandungan CO, CH 4, H 2 57 Tabel 4.15 Hasil Suplai Gas N 2.. 58 Tabel 4.16 Hasil Total N... 58 Tabel 4.17 Hasil Produksi N. 58 Tabel 4.18 Hasil Energi Syngas CO. 59 Tabel 4.19 Hasil Energi Syngas H 2.. 59 Tabel 4.20 Hasil Energi Syngas CH 4 60 Tabel 4.21 Hasil Total Eneri Syngas. 60 Tabel 4.22 Hasil Energi Input.. 60 Tabel 4.23 Hasil Efisiensi. 61 Tabel 4.24 Hasil Temperatur Rata-Rata 64
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Distribusi Temperatur Reaktor 72 Lampiran 2 Hasil Data Pengujian Gas Gasifikasi.. 83 Lampiran 3 Foto Penelitian 90